彭友山

(岳陽(yáng)市七中,湖南 岳陽(yáng) 414000)

演示磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力(安培力)是高中物理課上必做的實(shí)驗(yàn),新版高中第2冊(cè)174頁(yè)圖15-15的演示實(shí)驗(yàn)難以做好,且只能進(jìn)行定性的演示.筆者根據(jù)這一情況,經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)裝配了一個(gè)電流天平,現(xiàn)介紹如下.

1 器材準(zhǔn)備

①一架學(xué)生天平和配套的砝碼;②U型磁鐵2個(gè),有大型的U型磁鐵更好;③用直徑約為0.5 mm的銅質(zhì)漆包線(xiàn)繞制一個(gè)矩形線(xiàn)框,長(zhǎng)約8 cm,寬約4 cm,要使長(zhǎng)是寬的倍數(shù)關(guān)系,匝數(shù)為100匝;如果實(shí)驗(yàn)室有左手定則演示器,用那個(gè)線(xiàn)框就很好;④一個(gè)小開(kāi)關(guān);⑤一個(gè)大型演示電流表;⑥一個(gè)100 Ω、3 A的滑動(dòng)變阻器;⑦1個(gè)學(xué)生電源或4節(jié)干電池;⑧適量長(zhǎng)度的導(dǎo)線(xiàn);⑨少量透明膠布.

圖1

2 安裝與調(diào)整

①把天平左邊的載物盤(pán)拿下,將兩根約50 cm長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)兩頭分別剝?nèi)ツz皮,用透明膠布固定在天平的橫梁左端,使其一端用細(xì)線(xiàn)吊在天平的左端掛載物盤(pán)的鉤上,另一端從天平橫梁正中間引出連接電路;②把線(xiàn)框吊在左端并連接好兩個(gè)接線(xiàn)頭,調(diào)整線(xiàn)框使上下邊保持水平;③將 U型磁鐵放到線(xiàn)框的下方,調(diào)整磁鐵的位置使磁場(chǎng)方向與線(xiàn)框平面保持垂直,磁鐵如果放不穩(wěn),可以用泡沫等物體墊穩(wěn);④將電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器和電流表用導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián)連接,并接入從橫梁引出的連線(xiàn),如圖1所示.

3 演示實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前,要把天平的底座調(diào)整水平,掛上線(xiàn)框后將橫梁調(diào)整平衡,如果不能平衡可在右邊砝碼盤(pán)中加入砝碼.在調(diào)整好以后啟動(dòng)天平,先接通開(kāi)關(guān)試一下,觀(guān)察指針向哪一邊偏轉(zhuǎn),如果是向左邊偏轉(zhuǎn),說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力是向上的,這時(shí)要斷開(kāi)開(kāi)關(guān),把電源反向;如果是向右邊偏轉(zhuǎn),說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力是向下的,這時(shí)就可以在右邊砝碼盤(pán)中加入砝碼,直到指針指到中間位置.本實(shí)驗(yàn)可以改變的有電流的大小、電流的方向、在磁場(chǎng)中導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度,如果用不同的磁鐵還可以改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱.可列出表1記錄有關(guān)的數(shù)據(jù).

表1

從記錄表中可以看到,電流增大時(shí)安培力增大,F安∝I;導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度增大時(shí)安培力增大,F安∝L;在磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)安培力也增大,F安∝B.即得到安培力的大小與電流強(qiáng)度、導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系為F安∝BIL.

4 電流天平的優(yōu)點(diǎn)

①所需要的元件實(shí)驗(yàn)室都有,不要到處找配件,組裝也很簡(jiǎn)單;②可以演示安培力的大小和方向,還可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度;③做實(shí)驗(yàn)很輕松,效果特別明顯.